{"id":56015,"date":"2021-10-19T11:24:53","date_gmt":"2021-10-19T09:24:53","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ubfc.fr\/?p=56015"},"modified":"2022-02-01T12:43:21","modified_gmt":"2022-02-01T11:43:21","slug":"sur-les-traces-de-l-arsenic-pour-retrouver-la-terre-primitive","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ubfc.fr\/en\/sur-les-traces-de-l-arsenic-pour-retrouver-la-terre-primitive\/","title":{"rendered":"Sur les traces de l\u2019arsenic pour retrouver la Terre primitive"},"content":{"rendered":"\t\t
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[Publi\u00e9 le 19 octobre 2021<\/span>]<\/span><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tEmmanuelle Vennin<\/a>, Universit\u00e9 de Bourgogne \u2013 UBFC<\/a><\/em> et Pieter Visscher<\/a>, University of Connecticut<\/a><\/em>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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Le g\u00e9omicrobiologiste utilise des \u00e9lectrodes pour \u00e9valuer les teneurs en oxyg\u00e8ne.
CC BY-NC-ND<\/a><\/span><\/figcaption><\/figure>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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Cet article est publi\u00e9 dans le cadre de la prochaine F\u00eate de la science (qui aura lieu du du 1er<\/sup> au 11 octobre 2021 en m\u00e9tropole et du 5 au 15 novembre 2021 en outre-mer et \u00e0 l\u2019international), et dont The Conversation France est partenaire. Cette nouvelle \u00e9dition aura pour th\u00e8me : \u00ab Eureka ! L\u2019\u00e9motion de la d\u00e9couverte \u00bb. Retrouvez tous les \u00e9v\u00e9nements de votre r\u00e9gion sur le site Fetedelascience.fr<\/a>.<\/em><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Un monde aquatique et min\u00e9ral r\u00e9sultant d\u2019une importante activit\u00e9 volcanique et hydrothermale : voil\u00e0 \u00e0 quoi ressemblait le paysage de notre plan\u00e8te au d\u00e9but de son histoire. Un monde sans oxyg\u00e8ne libre dans les oc\u00e9ans et l\u2019atmosph\u00e8re qui dura plus de 1,3 milliard d\u2019ann\u00e9es (Ma).<\/p>

Dans un tel contexte, l\u2019apparition de la vie sur Terre \u2013 notre plan\u00e8te ayant \u00e9t\u00e9 colonis\u00e9e tr\u00e8s t\u00f4t dans son histoire, comme en t\u00e9moigne la d\u00e9couverte de micro-organismes fossiles av\u00e9r\u00e9s d\u00e8s 3,7-3,5 Ma \u2013 est une question pr\u00e9gnante et r\u00e9currente.<\/p>

Les bact\u00e9ries et les arch\u00e9es, organismes unicellulaires sans noyaux diff\u00e9renci\u00e9s, forment les acteurs biologiques qui ont \u00e9volu\u00e9 et contribu\u00e9 \u00e0 la modification de leur environnement.<\/p>

Ces organismes ont prolif\u00e9r\u00e9 dans des environnements tr\u00e8s diff\u00e9rents de ceux qui caract\u00e9risent notre plan\u00e8te aujourd\u2019hui. Alors que depuis ces derniers 2,5-2,4 Ma, la vie est li\u00e9e \u00e0 l\u2019oxyg\u00e8ne, les micro-organismes primitifs ont \u00e9volu\u00e9 sans cet \u00e9l\u00e9ment.<\/p>

Comment ont-ils pu vivre dans de telles conditions ?<\/p>


Les m\u00e9canismes de la vie primitive<\/h2>

Depuis 2,5 Ma, les organismes photosynth\u00e9tiques, comme les plantes et les cyanobact\u00e9ries, utilisent la lumi\u00e8re du soleil, l\u2019eau et le dioxyde de carbone pour produire de l\u2019oxyg\u00e8ne et de la mati\u00e8re organique. Ils transforment ainsi l\u2019\u00e9nergie du soleil en \u00e9nergie utilisable par la vie. D\u2019autres organismes respirent de l\u2019oxyg\u00e8ne en dig\u00e9rant du carbone organique obtenant ainsi de l\u2019\u00e9nergie pour leur respiration.<\/p>

Les microbes primitifs captaient \u00e9galement l\u2019\u00e9nergie de la lumi\u00e8re du soleil, mais leurs m\u00e9tabolismes ancestraux ne leur permettaient pas de fabriquer de l\u2019oxyg\u00e8ne \u00e0 partir de l\u2019eau ou d\u2019utiliser l\u2019oxyg\u00e8ne pour la respiration.<\/p>

Ils avaient besoin d\u2019un autre \u00e9l\u00e9ment chimique pour se d\u00e9velopper. Seuls quelques \u00e9l\u00e9ments candidats, provenant souvent des sources hydrothermales et de l\u2019activit\u00e9 volcanique, \u00e9taient alors disponibles : l\u2019hydrog\u00e8ne (H), le soufre (S), le fer (Fe) et l\u2019arsenic (As).<\/p>

Parmi les \u00e9l\u00e9ments disponibles en abondance dans le registre fossile, l\u2019As est un candidat privil\u00e9gi\u00e9.<\/p>

L\u2019observation des communaut\u00e9s microbiennes est possible, car ces derni\u00e8res forment des min\u00e9raux dont la cimentation et l\u2019agr\u00e9gation \u00e9rigent des structures organo-s\u00e9dimentaires nomm\u00e9es \u00ab stromatolites \u00bb. C\u2019est au sein de ces structures biomin\u00e9rales qu\u2019il faut chercher les indices de l\u2019activit\u00e9 m\u00e9tabolique des micro-organismes.<\/p>

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En Australie (formation de Tumbiana), stromatolites datant de 2,72 milliards d\u2019ann\u00e9es au sein duquel des traces d\u2019arsenic ont \u00e9t\u00e9 retrouv\u00e9es.<\/span>
C. Thomazo<\/span><\/span><\/figcaption><\/figure>


L\u2019arsenic, un \u00e9l\u00e9ment vital<\/h2>

Alors que la d\u00e9couverte de l\u2019utilisation de l\u2019As pour la respiration des bact\u00e9ries remonte aux ann\u00e9es 1990<\/a>, c\u2019est en 2008<\/a>, qu\u2019une \u00e9quipe am\u00e9ricaine a d\u00e9montr\u00e9 la capacit\u00e9 des bact\u00e9ries \u00e0 utiliser l\u2019As pour pratiquer une photosynth\u00e8se anoxig\u00e9nique dans le lac Mono en Californie.<\/p>

En 2014<\/a>, une \u00e9quipe men\u00e9e par Pascal Phillipot de Institut de Physique du Globe (Paris) a trouv\u00e9 des indices de photosynth\u00e8se et de respiration assist\u00e9s par l\u2019As dans des stromatolites de l\u2019ouest de l\u2019Australie.<\/p>

Ces stromatolites vieux de 2,72 Ma se sont form\u00e9s dans un lac ou une lagune peu profonde, jonch\u00e9s de chemin\u00e9es hydrothermales. L\u2019analyse d\u00e9taill\u00e9e des \u00e9chantillons de roche a d\u2019abord montr\u00e9 que l\u2019As \u00e9tait l\u2019\u00e9l\u00e9ment dominant pour la vie primitive. Toutefois, l\u2019individualisation de deux types d\u2019As (As3+, ars\u00e9nite et As5+, ars\u00e9niate) est n\u00e9cessaire et leur pr\u00e9sence pourrait certainement \u00eatre le signe que la vie utilisait l\u2019As pour la photosynth\u00e8se et la respiration.<\/p>

Toutefois, les limites du registre fossile invitent \u00e0 analyser des communaut\u00e9s microbiennes actuelles afin de tester cette hypoth\u00e8se. Le m\u00e9tabolisme bas\u00e9 sur l\u2019As existe-t-il encore de nos jours ?<\/p>


Le pr\u00e9sent pour mieux comprendre le pass\u00e9<\/h2>

Cette hypoth\u00e8se \u00e9tait all\u00e9chante, mais nous voulions davantage de preuves. Aucune communaut\u00e9 microbienne vivant dans un endroit d\u00e9pourvu d\u2019oxyg\u00e8ne n\u2019avait \u00e9t\u00e9 trouv\u00e9e jusqu\u2019\u00e0 pr\u00e9sent.<\/p>

En 2020<\/a>, nos recherches se sont port\u00e9es sur la lagune de La Brava au Chili, un lac peu profond et hypersalin situ\u00e9 au milieu du d\u00e9sert. C\u2019est dans un ruisseau qui alimente ce lac qu\u2019a \u00e9t\u00e9 observ\u00e9e une communaut\u00e9 microbienne aux couleurs pourpres. Ce ruisseau, connect\u00e9 \u00e0 une source d\u2019eau souterraine volcanique, est riche en As, S et Li (lithium), mais d\u00e9pourvu d\u2019oxyg\u00e8ne.<\/p>

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Tapis microbiens (couleur violette) de la lagune de La Brava (Chili).<\/span>
CC BY-NC-ND<\/a><\/span><\/figcaption><\/figure>

Cet environnement est soumis \u00e0 de nombreuses fluctuations de saturation des \u00e9l\u00e9ments et sa situation en altitude l\u2019expose \u00e0 un rayonnement UV 25 fois sup\u00e9rieur \u00e0 celui enregistr\u00e9 au niveau de la mer.<\/p>

Toutes ces conditions en font un analogue potentiel des communaut\u00e9s primitives peuplant notre plan\u00e8te au d\u00e9but de son histoire. Les mesures sur le terrain de la chimie de l\u2019eau et au sein du tapis microbien, nuits et jours et en toutes saisons, n\u2019ont jamais montr\u00e9 la pr\u00e9sence de l\u2019oxyg\u00e8ne.<\/p>

De retour au laboratoire, nous avons confirm\u00e9 que le S et l\u2019As \u00e9taient abondants. En observant les tapis microbiens au microscope, nous avons individualis\u00e9 des bact\u00e9ries photosynth\u00e9tiques violettes alors que les cyanobact\u00e9ries productrices d\u2019oxyg\u00e8ne \u00e9taient \u00e9trangement absentes. Nous avons \u00e9galement recueilli des \u00e9chantillons d\u2019ADN du tapis et trouv\u00e9 des g\u00e8nes impliqu\u00e9s dans le m\u00e9tabolisme de l\u2019As.<\/p>

De nouvelles exp\u00e9riences ont ensuite montr\u00e9 qu\u2019en ajoutant de l\u2019As au tapis microbien et en l\u2019exposant \u00e0 la lumi\u00e8re, la photosynth\u00e8se avait bien lieu.<\/p>

De m\u00eame, l\u2019ajout de mati\u00e8re organique a mis en \u00e9vidence la respiration par consommation de l\u2019As. Cependant, il restait \u00e0 montrer que les deux types d\u2019As (As3+ et As5+), comme ceux retrouv\u00e9s dans les \u00e9chantillons fossiles d\u2019Australie, pouvaient \u00eatre d\u00e9tect\u00e9s dans les stromatolites actuels chiliens.<\/p>

Andrea Somogyi (Synchrotron Soleil) et Pascal Phillipot<\/a> ont utilis\u00e9 une technique d\u2019\u00e9mission de rayons X \u00e0 l\u2019aide d\u2019un rayonnement synchrotron pour produire des cartes chimiques et ont confirm\u00e9 la pr\u00e9sence d\u2019un cycle actif (photosynth\u00e8se et respiration) de l\u2019As (l\u2019As3+ et de l\u2019As5+ coexistaient au sein d\u2019une m\u00eame cellule) en l\u2019absence d\u2019oxyg\u00e8ne. Cela valide l\u2019id\u00e9e que les \u00e9chantillons fossiles australiens \u00e9tudi\u00e9s en 2014 contenaient des preuves d\u2019un cycle actif de l\u2019As \u00e0 l\u2019Arch\u00e9en.<\/p>


Le m\u00e9tabolisme de l\u2019arsenic, pr\u00e9cieux indice<\/h2>

Cette hypoth\u00e8se d\u00e9montr\u00e9e, notre \u00e9quipe a continu\u00e9 ses investigations \u00e0 l\u2019aide du synchrotron. D\u2019autres syst\u00e8mes microbiens lacustres actuels (Grand Lac Sal\u00e9, USA) et fossiles (Auvergne, il y a un peu plus de 20 millions d\u2019ann\u00e9es), mais \u00e9galement marins (Cuba, actuel) offrent des \u00e9vidences de la pr\u00e9sence d\u2019As et ouvrent de nouvelles perspectives de recherche.<\/p>

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D\u00e9p\u00f4ts microbiens actuels du Grand Lac Sal\u00e9 (USA) renfermant des traces d\u2019arsenic.<\/span>
CC BY-NC-ND<\/a><\/span><\/figcaption><\/figure>

Le m\u00e9tabolisme de l\u2019As comme un indice de vie possible sur Terre repr\u00e9sente un enjeu crucial de la compr\u00e9hension de l\u2019\u00e9mergence de la vie sur Terre.<\/p>

La lagune La Brava nous a ouvert une fen\u00eatre sur la compr\u00e9hension des m\u00e9tabolismes des bact\u00e9ries. Les conditions extr\u00eames qui r\u00e8gnent aujourd\u2019hui dans le d\u00e9sert de l\u2019Atacama semblent proches de celles de notre Terre primitive et pourraient ressembler \u00e0 celles d\u2019autres plan\u00e8tes comme Mars, par exemple.<\/p>

M\u00eame dans les conditions qui nous semblent les plus difficiles, la vie trouve un chemin. C\u2019est ce chemin que nous cherchons \u00e0 comprendre.<\/p>

Emmanuelle Vennin<\/a>, Professeur en g\u00e9ologie (s\u00e9dimentologie des carbonates), Universit\u00e9 de Bourgogne \u2013 UBFC<\/a><\/em> et Pieter Visscher<\/a>, Professor of Marine Sciences, University of Connecticut<\/a><\/em><\/p>

Cet article est republi\u00e9 \u00e0 partir de The Conversation<\/a> sous licence Creative Commons. Lire l\u2019article original<\/a>.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Sur les traces de l\u2019arsenic pour retrouver la Terre primitive Le g\u00e9omicrobiologiste utilise des \u00e9lectrodes pour \u00e9valuer les teneurs en oxyg\u00e8ne. 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